draft ta - dian pithalokad

PENENTUAN KEMAMPUGALIAN GIPSUM

DENGAN DRAG PICK

TUGAS AKHIR

Disusun sebagai syarat untuk meraih gelar

Sarjana Teknik Pertambangan

Oleh :

Dian Pithaloka

121 09 007

PROGRAM STUDI TEKNIK PERTAMBANGAN

FAKULTAS TEKNIK PERTAMBANGAN DAN PERMINYAKAN

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2013

LEMBAR PENGESAHAN

PENETUAN KEMAMPUGALIAN GIPSUM DENGAN

DRAG PICK

TUGAS AKHIR

Bandung, September 2013

Disetujui untuk

Program Studi Teknik Pertambangan

Oleh :

Pembimbing

Dian Pithaloka

NIM : 121 09 007

Dr. Ir. Ridho K. Wattimena, MT.

NIP : 196802051993021001

i

PENENTUAN KEMAMPUGALIAN GIPSUM DENGAN DRAG PICK

Abstrak

Saat ini pemberaian batuan dengan metode penggalian mekanis semakin

banyak digunakan dalam pekerjaan pertambangan maupun sipil. Peralatan alat gali

mekanis dilengkapi dengan gigi gali, salah satunya adalah drag pick. Untuk itu

dirasakan pentingnya analisis mengenai gaya potong yang bekerja pada gigi gali.

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui besarnya gaya pada gigi gali drag

pick pada uji kemampugalian terhadap contoh blok gipsum berukuran 60 cm x 20 cm

x 25 cm dengan variasi posisi kedalaman gigi gali dari permukaan atas contoh gipsum

yaitu 5 cm, 10 cm, 15 cm dan 20 cm. Gaya potong diperoleh dari perhitungan teori

Evans (1962), Roxborough (1973) dan perhitungan numerik dengan Software Phase2.

Dari hasil penelitian yang dilakukan dapat ditarik kesimpulan bahwa gaya

potong (Fc) yang diperoleh dengan menggunakan teori persamaan Evans (1962), Roxborough (1973) dan model numerik Phase2 memiliki besar yang berbeda-

beda. Hal ini disebabkan adanya perbedaan beberapa parameter pada masing-

masing perhitungan seperti lebar penggalian (w) dan rake angle ().

Kata kunci : Pemberaian batuan, gigi gali, gaya potong

ii

DETERMINATION OF GYPSUM DIG ABILITY USING DRAG PICK

Abstract

Mechanical excavation is now widely used in mining and civil engineering

projects. The mechanical excavation equipment are equipped with cutting teeth. It

is then important to analyse the forces acting on the cutting teeth..

This study aims to determine the magnitude of cutting force by using drag

pick in the cut ability test on the blocks gypsum sample which has length, width

and height each 60 cm x 20 cm x 25 cm with a depth variation of drag pick

position from the upper surface of gypsum sample is 5 cm, 10 cm, 15 cm and 20

cm. Cutting force is obtained from the calculation of Evans equation (1962), Roxboroughs equation (1973) and numerical calculation using Software Phase2.

From the research can be concluded that the result of cutting force (Fc)

obtained by using calculation of Evan's equation (1962), Roxboroughs equation (1973) and numerical model with Phase

2 has a different magnitude. This is due to

the differences in some parameters in each calculation methods such as cutting

width (w) and rake angle ().

Keywords : Rocks cutting , digging teeth , cutting force

iii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa penulis panjatkan karena berkat

dan kasih-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan dengan baik penelitian

Tugas Akhir yang berjudul Penentuan Kemampugalian Gipsum dengan Drag

Pick. Tugas Akhir ini disusun sebagai hasil dari penelitian yang dilakukan di

Laboratorium Geomekanika dan Peralatan Tambang, Program Studi Teknik

Pertambangan, Fakultas Teknik Pertambangan dan Perminyakan ITB. Tugas

Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat penulis untuk memperoleh gelar

Sarjana di Jurusan Teknik Pertambangan Institut Teknologi Bandung.

Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis menyadari banyak pihak yang

telah membantu, memberi dukungan dan masukan secara langsung maupun tidak

langsung sehingga mempermudah penulis dalam pengerjaan dan penyelesaian

Tugas Akhir ini. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan

terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Ayahanda Teddy Hidayat dan Ibunda Sylvia Macawalang tercinta atas

seluruh kasih sayang, doa, kesabaran, kepercayaan, dorongan, dan nasehat-

nasehatnya dalam mendidik dan membesarkan saya (I love you and Im

very proud of being your daughter). Serta kepada kakak dan adikku

tercinta, Devy Putra Hidayat dan Amanda Amalia, yang telah memberikan

segala perhatian dan cinta kasih dalam kebersamaan dan kehangatan

keluarga.

2. Bapak Dr. Ir. Ridho Kresna Wattimena, MT., sebagai dosen pembimbing atas

kesediaan waktunya untuk memberi bimbingan, ilmu, motivasi serta

kesabaran dan memberi semangat kepada penulis selama penulis

menyelesaikan penelitian ini.

3. Bapak Dr. Ir. Suseno Kramadibrata, M.Sc. selaku Kepala Laboratorium

Geomekanika dan Peralatan Tambang, Program Studi Teknik Pertambangan

ITB yang telah memberikan bimbingan, masukan, nasehat juga semangat

kepada penulis selama penulis kuliah dan melaksanakan penelitian.

iv

4. Bapak Dr. Eng. Syafrizal, ST., MT. Sebagai Ketua Program Studi Teknik

Pertambangan ITB yang telah banyak memberi bantuan kepada penulis dalam

menyelesaikan perkuliahan di Program Studi Teknik Pertambangan ITB.

5. Bapak Dr. Eng. Ganda Marihot Simangunsong, ST. MT. sebagai dosen wali

dari penulis yang memberikan banyak ilmu, saran dan nasihat semasa penulis

melaksanakan kuliah di Teknik Pertambangan ITB.

6. Dr. Eng. Nuhindro Priagung Widodo, ST, MT dan Dr. Agus Haris Widayat

selaku dosen dan penguji sidang penulis yang telah sabar menguji dan

memberikan banyak ilmu serta masukkan kepada penulis.

7. Seluruh Dosen Program Studi Teknik Pertambangan ITB yang telah

memberikan ilmu dan pengetahuan kepada penulis selama kuliah.

8. Bapak Sudibyo, Pak Gito, Pak Kurnia, Kang Iwan, Pak Parman, Pak

Purwanto, Kang Nurman dan Mbak Sari selaku teknisi Laboratorium

Geomekanika dan Peralatan Tambang Program Studi Pertambangan ITB yang

telah membantu dengan penuh keikhlasan, kesabaran, semangat dan canda

tawa selama penulis menyelesaikan seluruh pengujian yang berkaitan dengan

penyusunan Tugas Akhir ini.

9. Bapak Mangsud dan seluruh staf Tata Usaha Program Studi Teknik

Pertambangan yang telah membantu penulis selama kuliah di Program Studi

Teknik Pertambangan.

10. Keluarga besar tercinta Oma, Mama Ce, tante Nane beserta seluruh keluarga

besar mama (Prisca, Pricilia, Hany Margen), serta Nenek dan seluruh

keluarga besar papa yang telah memberi dukungan dan doa kepada penulis.

11. Teman-teman Laboratorium Geomekanika dan Peralatan Tambang Program

Studi Teknik Pertambangan ITB : Nazar, Fadly, Dean, Norman, Nico, Tando,

Yolanda, Adisti, Sulthon, Faris, Galang, Ibnu, Rolan, Grego, Ivan Marbun,

Sandro. Yokky, Rivan, Bang Tri, Bang Fredo, Bang Yudi, Bang Rudhi, Bang

Koko, Hasabo, yang telah banyak membantu dalam menyelesaikan penelitian

di lab. ini dengan penuh rasa kasih sayang dan keikhlasan. Semua canda tawa

dan suka duka memberikan penulis kenyamanan layaknya keluarga.

v

12. Tijul, Erin, Adis, Gita, Ari, Mei dan semua teman-teman TAMBANG 2009

yang telah menjadi keluarga Penulis untuk selamanya. Solidaritas tambang

selalu kami jaga !!

13. Sahabat serta keluarga PA penulis Mega, Ribka, Friska, Tryanti, Arin, Ester,

Kak Sonti, Aprida, dan Donna yang telah memberikan penulis dalam bentuk

doa, motivasi dan semangat selama penulis menyelesaikan kuliah di ITB.

14. Teman-teman HMT ITB angkatan 2008, 2010, 2011 yang telah banyak

memberikan pengalaman dan pembelajaran bagi penulis. Majulah

Pertambangan Demi Pembangunan!!

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan,

oleh karena itu kritik dan saran yang membangun dari semua pihak sangat Penulis

harapkan. Sekali lagi penulis haturkan terima kasih atas semuanya. Semoga Tugas

Akhir ini dapat bermanfaat bagi setiap orang yang membacanya.

Bandung, September 2013

Dian Pithaloka

vi

DAFTAR ISI

ABSTRAK .......................................................................................................... i

ABSTRACT ...................................................................................................... ii

KATA PENGANTAR ...................................................................................... iii

DAFTAR ISI ..................................................................................................... vi

DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... ix

DAFTAR TABEL .............................................................................................. x

BAB I PENDAHULUAN ................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang .......................................................................................... 2

1.2 Batasan Penelitian ..................................................................................... 2

1.3 Tujuan Penelitian ....................................................................................... 3

1.4 Manfaat Penelitian ..................................................................................... 3

1.5 Tahapan Penelitian .................................................................................... 3

1.6 Diagram Alir Penelitian ............................................................................. 4

BAB II TEORI DASAR

2.1 Pendahuluan .............................................................................................. 5

2.2 Uji Laboratorium ....................................................................................... 6

2.2.1 Uji Sifat Fisik .................................................................................... 6

2.2.2 Uji Sifat Mekanik ........................................................................ 8

2.2.2.1 Uji Kuat Tekan Uniaksial .................................................... 8

2.2.2.2 Uji Kuat Tarik Tak Langsung............................................. 10

2.2.2.3 Brittleness Index ................................................................ 11

2.2.2.4 Uji Geser Langsung ........................................................... 11

2.2.2.5 Uji Abrasivitas Batuan ....................................................... 13

2.2.3 Uji Sifat Dinamik ...................................................................... 16

2.2.3.1 Uji Kecepatam Rambat Gelombang Ultrasonik .................. 16

2.2.4 Uji Kemampugalian .................................................................. 18

BAB III METODE PENGUJIAN ................................................................... 33

3.1 Persiapan Contoh Gipsum........................................................................ 33

3,1.1 Pembuatan Contoh Gipsum .............................................................. 33

vii

3.1.2 Preparasi Contoh Gipsum ................................................................. 33

3.2 Uji Sifat Fisik .......................................................................................... 34

3.2.1 Peralatan Pengujian .......................................................................... 34

3.2.2 Prosedur Pengujian .......................................................................... 35

3.3 Uji Ultrasonik .......................................................................................... 36



3.4 Uji Kuat Tekan Batuan ............................................................................ 37



3.5 Uji Kuat Tarik Batuan ............................................................................. 39



3.6 Uji Geser Langsung ................................................................................. 40



3.7 Uji Cerchar ............................................................................................. 42



3.8 Uji Kemampugalian ................................................................................. 44

3.8.1 Alat Uji Kemampugalian .................................................................. 44

3.8.2 Prosedur Uji Kemampugalian ........................................................... 47

BAB IV PENGOLAHAN DATA DAN PEMBAHASAN ............................... 49

4.1 Uji Sifat Fisik .......................................................................................... 49

4.2 Uji Ultrasonik .......................................................................................... 49

4.3 Uji Kuat Tekan Uniaksial ........................................................................ 50

4.4 Uji Kuat Tarik Tak Langsung .................................................................. 52

4.5 Uji Geser Langsung ................................................................................. 53

4.6 Uji Cerchar ............................................................................................. 54

4.7 Uji Kemampugalian ................................................................................. 55

4.7.1 Pemodelan Fisik Uji Kemampugalian ............................................ 55

viii

4.7.2 Pemodelan Numerik Uji Kemampugalian ...................................... 57

4.7.3 Perbandingan Model Fisik dan Model Numerik dalam Uji

Kemampugalian ............................................................................ 58

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................ 61

5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 61

5.2 Saran ....................................................................................................... 61

DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 64

LAMPIRAN ..................................................................................................... 66

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Klasifikasi Brittleness Index .............................................................. 11

Tabel 2.2 Klasifikasi Abrasivitas Menurut CAI ................................................. 13

Tabel 2.3 Contoh Hasil Pengamatan Distribusi Ukuran Butir dari Sayatan Tipis 14

Tabel 2.4 Contoh Hasil Pengamatan Komposisi Mineral dari Sayatan Tipis Batu

Gamping ............................................................................................ 14

Tabel 2.5 Skala Kekerasan Rosival .................................................................... 15

Tabel 2.6 Klasifikasi Abrasivitas Schimazek (FAS) ........................................... 16

Tabel 2.7 Parameter Keterpotongan Batuan ( Roxborough & Philips, 1975 ) ..... 21

Tabel 4.1 Hasil Uji Sifat Fisik ............................................................................ 49

Tabel 4.2 Hasil Uji Cepat Rambat Gelombang Ultrasonik .................................. 50

Tabel 4.3 Hasil Pengujian Kuat Tekan Uniaksial ................................................ 51

Tabel 4.5 Hasil Uji Kuat Tarik Tak Langsung (Brazilian Tensile Test) ............... 52

Tabel 4.6 Hasil Uji Geser Langsung (Direct Shear Test) .................................... 53

Tabel 4.7 Hasil Uji Cerchar ............................................................................... 54

Tabel 4.8 Hasil Model Fisik Uji Kemampugalian ............................................... 56

Tabel 4.9 Hasil Gaya Potong Berdasarkan Evans dan Roxborough .................. 56

Tabel 4.10 Hasil Model Numerik Uji Kemampugalian ...................................... 58

Tabel 4.11 Perbandingan Gaya Potong Berdasarkan Evans, Roxborough dan

Model Numerik ............................................................................... 60

x

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Diagram Alir..................................................................................... 4

Gambar 2.1 Kriteria Indeks Kekuatan Batuan (Franklin dkk, 1971) ..................... 5

Gambar 2.2 Tampak Depan dan Samping dari Parameter Uji Core Cuttability

(Roxborough,1987) ....................................................................... 20

Gambar 2.3 Model Evans Untuk Keruntuhan Tarik (Evans & Pomeroy, 1966) .. 24

Gambar 2.4 Formasi Keping Pada Buket Berdasarkan Runtuhan Tarik Model

Evans (modifikasi ORegan dkk., 1986)........................................... 26

Gambar 2.5 Pengaruh Front Rake Angle Pada Beberapa Parameter Kinerja Gigi

Gali di Magnesian Limestone (Philips, 1975) ................................... 27

Gambar 2.6 Pengaruh Back Clearance Angle Pada Gaya Potong dan Gaya Normal

Untuk Rake Angle Yang Berbeda (ODogherty, 1962) .................... 28

Gambar 2.7 Pengaruh Angle of Attack Pada Gaya Potong Dengan Sudut Skew

Nol (Hurt dan Evans, 1980) ............................................................. 29

Gambar 2.8 Pengaruh Sudut Skew Pada Gaya Potong Untuk Attack Angle 45o

(Hurt dan Evans, 1980) .................................................................... 30

Gambar 2.9 Pengaruh Kedalaman Pemotongan Pada Beberapa Parameter Kinerja

Pemotongan di Magnesian Limestone (Philips, 1975) ...................... 31

Gambar 3.1 Contoh Gipsum Uji Ukuran 60 cm x 20 cm x 25 cm ....................... 34

Gambar 3.2 Peralatan Pengujian Sifat Fisik ........................................................ 35

Gambar 3.3 Peralatan Pengujian Ultrasonik (PUNDIT) ...................................... 37

Gambar 3.4 Uniaxial Test .................................................................................. 38

Gambar 3.5 Contoh Gipsum Uji pada Sampel UCS ............................................ 39

xi

Gambar 3.6 Pengujian Kuat Tarik Tak Langsung ............................................... 40

Gambar 3.7 Contoh Gipsum Uji pada Uji Geser Langsung ................................. 41

Gambar 3.8 Peralatan pengujian Direct shear box apparatur test ....................... 41

Gambar 3.9 Uji Cerchar .................................................................................... 43

Gambar 3.10 Contoh Gipsum dan Batang Besi Baja........................................... 43

Gambar 3.11 Lebar Ujung Batang Besi Baja yang Sudah Digoreskan ................ 44

Gambar 3.12 Rancangan Alat Uji Kemampugalian ............................................ 45

Gambar 3.13 Peralatan Uji Kemampugalian ....................................................... 47

Gambar 3.14 Pengujian Kemampugalian ........................................................... 47

Gambar 4.1 Hasil Pengujian Kuat Tekan Uniaksial Contoh Gipsum .................. 51

Gambar 4.2 Hasil Pengujian Kuat Tarik Tak Langsung Contoh Gipsum ............ 52

Gambar 4.3 Hasil Pengujian Kuat Geser Langsung Contoh Gipsum ................... 53

Gambar 4.4 Kurva Uji Geser Langsung.............................................................. 54

Gambar 4.5 Sketsa Pengujian Fisik Uji Kemampugalian .................................... 55

Gambar 4.6 Perbandingan Pemodelan Fisik dan Numerik Uji Kemampugalian .. 58

Gambar 4.7 Grafik Perbandingan Gaya Potong Evans, Roxborough dan

Pemodelan Numerik ........................................................................ 60

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Perencanaan sebuah tambang harus mempertimbangkan beberapa faktor dan

salah satu faktor yang penting adalah pemberaian batuan. Pemberaian batuan dapat

dilakukan dengan dua metode yaitu pemberaian batuan dengan metode peledakan dan

pemberaian batuan dengan metode penggalian mekanis.

Saat ini kegiatan penambangan terbuka maupun bawah tanah sudah sering

di jumpai di daerah dekat pemukiman masyarakat. Hal ini tentu saja

mempengaruhi metode pemberaian batuan pada tahapan penambangan. Tidak

dapat dipungkiri pada saat ini, metode pemberaian batuan yang biasa digunakan

pada tambang terbuka maupun bawah tanah adalah dengan metode peledakan

karena pertimbangan efisiensi dari pengangkutan. Namun, pemberaian batuan

dengan metode ini menjadi tidak mudah untuk dilakukan karena adanya batasan

dalam hal getaran tanah (ground vibration) akibat peledakan sebagaimana yang

diatur dalam Keputusan Menteri Lingkungan Hidup No. 49/MENLH/11/1996

tentang Baku Tingkat Getaran.

Dengan adanya berbagai peraturan mengenai baku tingkat getaran tersebut

maka hal ini tentu menyebabkan pemberaian batuan dengan metode peledakan

tidak dapat dilakukan secara maksimal. Oleh sebab itu, metode pemberaian batuan

secara mekanis kedepannya menjadi sangat perlu untuk dilakukan karena selain

pada kegiatan penambangan, metode pemberaian batuan secara mekanis juga

sering digunakan dalam proyek pekerjaan sipil seperti pembuatan jalan, sub way,

terowongan, dan lain-lain.

Metode pemberaian batuan secara mekanis tentunya memerlukan suatu alat

gali. Contoh dari alat gali mekanis yang seringkali digunakan diantaranya

Backhoe, Shovel, Roadheader, Bucket Wheel Excavator, Tunnel Boring Machine

dan lain-lain. Alat gali mekanis tersebut menggunakan berbagai jenis gigi gali

seperti roller button cutter, disc cutter dan drag pick,. Pada prinsipnya, apapun jenis

2

gigi gali yang digunakan merupakan pengaplikasian dari prinsip cutting tools yaitu

gigi gali ditekan ke dalam batuan sehingga terjadi hancuran pada batuan yang keluar

ke permukaan. Penggunaan gigi gali akan bergantung pada jenis alat gali mekanis

yang digunakan dan karakteristik batuan yang akan digali. Pada penelitian kali ini

akan dibahas mengenai gigi gali yang berjenis drag pick.

Penelitian ini akan membahas penggunaan drag pick pada penggalian

terhadap contoh batuan dengan berbagai variasi posisi gigi gali dari permukaan atas

contoh batuan. Adapun variasi posisi gigi gali yang digunakan yaitu 5 cm, 10 cm, 15

cm dan 20 cm. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui besarnya gaya potong

dalam pengujian dengan berbagai variasiasi kedalaman yang kemudian akan

dibandingkan dengan gaya potong yang diperoleh dari perhitungan teori Evans

(1962), Roxborough (1973) dan pemodelan numerik dengan Software Phase2.

Perbedaan kedalaman tentunya akan mempengaruhi besar gaya potong.

1.2 Batasan Penelitian

Batasan-batasan yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut.

1. Penelitian menggunakan blok gipsum dengan ukuran 60cm x 25 cm x 20 cm

yang diletakkan diatas blok beton berukuran 60 cm x 15 cm x 20 cm.

2. Pengujian kemampugalian menggunakan empat buah sampel gipsum uji

dengan perbandingan berat gipsum : air = 1:1.

3. Diasumsikan tidak terjadi pergerakan pada antarmuka blok gipsum-blok beton

selama blok gipsum diberi gaya.

4. Pada percobaan perubahan temperatur dan kelembaban selama pengujian tidak

diperhitungkan.

1.3 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini yaitu :

1. Menentukan serta membandingkan gaya potong yang dihasilkan dari uji

kemampugalian blok gipsum pada variasi posisi gigi gali 5 cm, 10 cm, 15

cm dan 20 cm dari permukaan bagian atas blok gipsum dari perhitungan

3

gaya potong dengan teori Evans (1962), Roxborough (1973) maupun model

numerik Phase2.

1.4 Manfaat Penelitian

Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Mengetahui prinsip kerja pengujian alat kemampugalian dan gaya-gaya yang

yang terlibat serta pengaruh dari gaya-gaya tersebut.

2. Mengetahui efisiensi penggunaan gaya dalam aplikasi persamaan-

persamaan gaya gali.

1.5 Tahapan Penilitian

Metode penelitian yang digunakan pada penelitian ini dimaksudkan untuk

mengetahui besar gaya potong dari proses penggalian batuan dengan gigi gali drag

pick pada berbagai variasi kedalaman.

Adapun tahapan-tahapan yang dilakukan dalam metode pemodelan fisik ini

adalah:

1. Studi literatur

Studi literatur yang dilakukan pada penelitian ini meliputi kajian pustaka

mengenai laporan-laporan penelitian yang telah dilakukan sebelumnya

mengenai konsep penggalian dengan menggunakan cutting tools, prinsip

dasar rock cutting menggunakan drag pick dan parameter-parameter terkait

dengan penelitian ini.

2. Pembuatan peralatan uji

Pada tahap ini awalnya dilakukan perancangan alat uji dengan gigi gali drag

pick. Selanjutnya dari hasil rancangan tersebut akan dilakukan pembuatan alat

uji untuk penggalian contoh gipsum.

3. Pembuatan blok gipsum

Pembuatan blok gipsum dengan perbandingan berat gipsum : air = 1 : 1. Blok

gipsum berbentuk balok dengan ukuran 60 cm x 25 cm x 20 cm.

4

4. Pengujian laboratorium

Pengujian yang dilakukan meliputi: uji sifat fisik, sifat mekanik dan sifat

dinamik untuk mendapatkan karakteristik gipsum serta uji kemampugalian

menggunakan alat uji dari butir 2.

5. Pengambilan data

Pengambilan data dilakukan dengan variasi posisi gigi gali 5 cm, 10 cm, 15

cm dan 20 cm dari permukaan bagian atas blok gipsum.

6. Pengolahan data, analisis dan pembahasan.

Mengemukakan tentang hasil percobaan yang telah dilakukan,

membandingkan gaya potong gigi gali yang diperoleh dari uji

kemampugalian blok gipsum dari hasil perhitungan dengan teori gaya potong

Evans (1962), Roxborough (1977) dan model numerik dengan software

Phase2.

1.6 Diagram Alir Penelitian

Gambar 1.1 Diagram Alir

Kesimpulan dan saran

Pembuatan blok gipsum uji Perancangan sistem alat uji

kemampugalian

Uji kemampugalian batuan

dengan gigi gali drag pick

Pengujian Sifat Fisik, Sifat

Mekanik dan Sifat Dinamik

Pengolahan dan analisis data

Pembahasan

Studi Literatur

5

BAB II

TEORI DASAR

2.1 Pendahuluan

Penentuan metode untuk pemberaian batuan dapat dilakukan dengan

menggunakan klasifikasi-klasifikasi penggalian yang telah ada. Sebagai contoh

klasifikasi yang umum digunakan untuk menentukan pemberaian batuan adalah

klasifikasi Franklin (Gambar 2.1). Pada klasifikasi ini pemberaian batuan terbagi

atas penggalian bebas, penggaruan, peledakan pembongkaran dan peledakan

peremukan. Pemberaian batuan dari klasifikasi Franklin didasarkan pada

parameter penting pada sifat batuan utuh dan contoh batuan yaitu Point Load

Index dan Fracture Index yang dapat dilihat pada gambar berikut.

Gambar 2.1

Kriteria Indeks Kekuatan Batuan (Franklin dkk, 1971)

6

Point Load Index (PLI) adalah pengujian yang dilakukan untuk mengetahui

kekuatan (strength) contoh batuan secara tidak langsung di lapangan. Sedangkan

Fracture Index dipakai sebagai ukuran karakteristik diskontinuitas dan didefinisikan

sebagai jarak rata-rata fraktur dalam sepanjang bor inti atau massa batuan. Kedua

parameter ini digunakan untuk menentukan jenis pemberaian batuan yang digunakan.

Pemberaian batuan dengan peledakan maupun penggalian mekanis

memiliki prinsip yang sama yaitu akan selalu melibatkan operasi penggalian,

pemuatan dan pengangkutan. Perbedaan kedua metode ini ialah pada metode

peledakan sistem pemberaian batuan dilakukan secara diskontinu sehingga selalu

memerlukan persiapan permukaan sebelum peledakan dilakukan. Sedangkan

metode pemberaian batuan dengan penggalian mekanis dapat dilakukan dengan

kontinu dan diskontinu. Pada penggalian mekanis kontinu dan diskontinu tidak

memerlukan persiapan permukaan penggalian. Peralatan yang umum digunakan

pada penggalian mekanis kontinu adalah Roadheader, Bucket Wheel Excavator,

Surface Miner maupun Tunnel Boring Machine sedangkan peralatan yang umum

digunakan pada penggalian mekanis diskontinu adalah Backhoe dan Shovel. Alat-

alat gali mekanis tersebut tentu menggunakan berbagai jenis gigi gali.

Penggunaan gigi gali tersebut merupakan pengaplikasian dari prinsip rock cutting.

Salah satu gigi gali yang akan dibahas pada penelitian kali ini yaitu drag pick.

2.2 Uji Laboratorium

Sebelum dilakukan uji kemampugalian, contoh batuan terlebih dahulu

diuji untuk penentuan sifat dan karakteristik batuan uji. Jenis uji yang dilakukan

adalah uji sifat fisik, uji sifak mekanik dan uji sifat dinamik.

2.2.1 Uji Sifat Fisik

Pada dasarnya tingkat kehomogenan, kekontinuan dan istropi serta

komposisi tiap batuan berbeda. Perbedaan tersebut menyebabkan terjadinya

perbedaan fisik suatu batuan. Faktor-faktor yang mempengaruhi sifat fisik suatu

batuan antara lain.

a. komposisi material

7

b. struktur batuan

c. tekstur batuan

d. Bobot isi

Bobot isi batuan yang terletak diatas permukaan air tanah dinyatakan

sebagai perbandingan antara berat total batuan dengan volume total

batuan.

Bobot isi alamiah (natural density)

Bobot isi alamiah merupakan perbandingan antara massa batuan

asli dengan volume total batuan termasuk rongga.

Bobot isi kering (dry density)

Bobot isi kering merupakan perbandingan antara massa batuan

kering dengan volume total batuan.

Bobot isi jenuh (saturated density)

Bobot isi jenuh merupakan perbandingan antara massa batuan

jenuh dengan volume total batuan.

e. Berat jenis (spesific gravity)

Berat jenis material merupakan perbandingan antara bobot isi material

tersebut dengan bobot isi air. Atau dengan kata lain merupakan nilai yang

menyatakan berapa kali suatu material lebih berat atau lebih ringan

dibandingkan dengan air pada volume yang sama.

Berat jenis sebenarnya (true spesific gravity)

Merupakan berat jenis yang sebenarnya dari butiran batuan, yaitu

merupakan perbandingan bobot isi butir batuan dengan bobot isi

air.

Berat jenis semu (apparent spesific gravity)

Merupakan perbandindigan antara berat kering batuan dengan

berat air dimana volume air sama dengan volume batuan.

f. Porositas

Porositas batuan merupakan perbandingan antara volume rongga dalam

batuan dengan volume total batuan dan dinyatakan dalam persen (%).

8

g. Kadar air

Kadar air alamiah (natural water content)

Kadar air alamiah merupakan perbandingan antara berat air dalam

batuan alamiah dengan berat butiran batuan dan dinyatakan dengan

persen (%).

Kadar air jenuh (saturated water content)

Kadar air jenuh merupakan perbandingan antara berat air dalam

batuan jenuh dengan berat butiran batuan dan dinyatakan dalam

persen (%).

h. Derajat kejenuhan (degree of saturation)

Derajat kejenuhan merupakan perbandingan antara kadar air alamiah

dengan kadar air jenuh dan dinyatakan dalam persen (%).

i. Void ratio

Void ratio merupakan perbandingan antara volome rongga dalam batuan

dengan volume butiran batuan.

2.2.2 Uji Sifat Mekanik

2.2.2.1 Uji Kuat Tekan Uniaksial (UCS)

Uji kuat tekan uniaksial dilakukan pada contoh batuan berbentuk silinder.

Contoh batuan diberi tekanan tertentu hingga runtuh. Uji ini dilakukan untuk

menentukan kuat tekan batuan (c), Modulus Young (E), Nisbah Poisson (v), dan

kurva tegangan-regangan. Perbandingan antara tinggi dan diameter contoh

silinder yang umum digunakan adalah 2 sampai 2,5 dengan luas permukaan

pembebanan yang datar, halus dan paralel tegak lurus terhadap sumbu contoh

batuan.

Kuat Tekan Uniaksial Batuan (c)

Nilai kuat tekan batuan (c) diperoleh dari hasil uji uniaksial. Harga

tegangan pada saat contoh batuan didefinisikan sebagai kuat tekan

uniaksial batuan dan diberikan oleh persamaan (2.1):

A

Fc ............................................................................................. (2.1)

9

Keterangan :

c = Kuat tekan uniaksial batuan (MPa)

F = Gaya yang bekerja pada saat contoh batuan hancur (MN)

A = Luas penampang awal contoh batuan yang tegak lurus arah

gaya (m)

Jenis keruntuhan batuan terbagi menjadi dua yaitu getas dan liat. Getas

adalah ketika contoh batuan akan mengalami keruntuhan secara tiba-tiba

dan liat adalah ketika contoh batuan akan mengalami deformasi yang

cukup besar sebelum mengalami kerutnuhan.

Modulus Young

Modulus Young atau modulus elastisitas merupakan faktor penting

dalam mengevaluasi deformasi batuan pada kondisi pembebanan yang

bervariasi. Modulus elastisitas dihitung dari perbandingan antara

tegangan aksial dan regangan aksial. Persamaanya dapat ditulis sebagai

berikut (lihat persamaan 2.2) :

aE

.......................................................................................... (2.2)

Keterangan:

E = Modulus elastisitas (MPa)

= Perubahan tegangan (MPa)

a = Perbuahan regangan aksial (%)

Perbedaan formasi, genesa dan mineral pembentuk dari contoh batuan

akan memperngaruhi nilai modulus elastisitasnya. Modulus

elastisitas dipengaruhi oleh tipe batuan, porositas, ukuran partikel dan

kandungan air.

10

Nisbah Poisson

Nisbah Poisson ialah perbandingan negatif antara regangan lateral dan

reganan aksial. Nisbah Poisson merupakan konstanta suatu material yang

dipengaruhi oleh tekanan pemampatan (confining pressure). Nisbah

Poisson menunjukan adanya pemanjangan kearah lateral akibat adanya

tegangan dalam arah aksial. Persamaanya dapat ditulis sebagai berikut

lihat persamaan 2.3) :

a

l

.......................................................................................... (2.3)

Keterangan:

= Nisbah Poisson

l = Regangan lateral

a = Regangan aksial

2.2.2.2 Uji Tarik Tak Langsung (Brazilian Test)

Selain uji tekan uniaksial, untuk memperoleh sifat mekanik batuan juga

dapat diperoleh dari uji kuat tarik batuan (t). Ada dua metode yang dapat

digunakan untuk mengetahui kuat tarik contoh batuan di laboratorium, yaitu

metode kuat tarik langsung dan metode kuat tarik tak langsung. Metode kuat tarik

tak langsung merupakan uji yang paling sering digunakan. Hal ini disebabkan uji

ini lebih mudah dan murah daripada uji kuat tarik langsung. Salah satu uji kuat

tarik tak langsung adalah Brazilian Test. Pada uji Brazilian, kuat tarik batuan

dapat ditentukan berdassarkan persamaan :

DL

Ft

2 .................................................................................................... (2.4)

Keterangan :

t = Kuat tarik Batuan (MPa)

F = Gaya maksimum yang dapat ditahan batuan (MN)

D = Diameter contoh batuan (m)

L = Tebal batuan (m)

11

2.2.2.3 Brittleness Index

Brittleness Index (BI) merupakan suatu nilai perbandingan antara UCS

terhadap Uji Kuat Tarik. Nilai kuat tarik selalu jauh lebih kecil daripada nilai

UCS. Brittleness Index bermanfaat untuk memperkirakan kinerja suatu alat gali

dengan memberikan nilai indeks "brittle" suatu batuan utuh. Brittleness Index

dapat menyatakan kinerja alat potong yang dapat ditentukan dari nilai besaran

nisbah Brittleness Index, Hagan (1990) dan Gehring (1992)). Selain itu,

Brittleness Index sering digunakan juga dalam menghitung produksi suatu alat

gali. Nilai dari Brittleness Index dapat dihitung dengan menggunakan persamaan

sebagai berikut.

t

cBI

..................................................................................................... (2.5)

Keterangan :

BI = Brittleness Index

c = Kuat Tekan Uniaksial Batuan (MPa)

t = Kuat Tarik Batuan (Braziliant Test) (MPa)

Tabel 2.1 Klasifikasi Brittleness Index

Brittleness Index Keterangan

6 7 Sangat tangguh & plastik

7 8 Tangguh & plastik

8 12 Rata-rata jenis batuan

12 15 Sangat getas tak plastik

15 20 Sangat getas

2.2.2.4 Uji Geser Langsung

Kuat geser batuan merupakan tahanan atau perlawanan yang bersifat

internal dari suatu batuan terhadap tegangan yang bekerja sepanjang bidang geser

dalam batuan tersebut. Kuat geser dipengaruhi oleh karakteristik intrisik dan

12

faktor eksternal. Suatu gaya normal tertentu diberikan secara tegak lurus terhadap

permukaan bidang diskontinu. Dengan uji geser langsung ini akan didapat :

Garis Coulombs shear strength

Kuat geser (shear strength)

Sudut gesek dalam ()

Kohesi (C)

Dari data-data yang telah diperoleh dari uji geser langsung (direct shear

test), kita dapat menghitung besarnya kuat gesek batuan, harga kohesi, dan sudut

geser dalam baik puncak (peak) maupun residual. Langkah-langkah dalam

perhitungan, antara lain :

1. Luas penampang contoh gipsum uji

A = R2 (mm2) ...................................................... (2.6)

2. Tegangan normal

n = A

Fn ................................................................ (2.7)

3. Tegangan geser baik puncak maupun residual

= s

geser

A

F max .......................................................... (2.8)

Setelah melakukan pengujian selanjutnya membuat grafik antara

tegangan normal (sebagai absis) dan tegangan geser (sebagai ordinat). Dari

titik-titik dalam grafik tersebut kemudian dibuat regresi linear sehingga

didapatkan persamaan y= mx+c. Persamaan garis diatas menurut kriteria

yang digunakan dalam kuat geser batuan adalah kriteria Mohr Coulomb

Linear :

tannC ....................................................................................... (2.9)

Keterangan :

= tegangan geser (MPa)

C = kohesi ()

n = tegangan normal (MPa)

= sudut gesek dalam ()

13

2.2.2.5 Uji Abrasivitas Batuan

Abrasivitas batuan adalah sifat batuan untuk mengikis material lain jika

terjadi proses gesekan, goresan, dan gosokan dengan material tersebut. Peningkatan

nilai abrasivitas suatu batuan akan menurunkan kenerja alat gali yang digunakan.

Pada uji laboratorium terdapat dua macam uji untuk mencari nilai abrasivitas batuan

yaitu, uji Cerchar dan uji Shimazek F.

A. Uji Cerchar

Uji Cerchar dilakukan untuk penentuan abrasivitas batuan beku dengan

ukuran butiran halus sampai sedang (Skala Wentworth) yang akan menghasilkan

Cerchar Abrasivitas Indeks (CAI). Tabel 2.2 yang menunjukkan klasifikasi

abrasivitas batuan menurut CAI didapat dari lebar ujung batang besi baja (W)

yang sudah digoreskan dengan contoh batuan (lihat Gambar 3.10).

Tabel 2.2

Klasifikasi Abrasivitas Menurut CAI

CAI (0.1 mm) DESKRIPSI

0.3 - 0.5 Abrasif kecil

0.5 - 1.0 Agak abrasif

1.0 - 2.0 Medium abrasif-abrasif

2.0 - 4.0 Sangat abrasif

> 4.0 Paling abrasif

B. Uji Schimazek F

Uji Schimazek F digunakan untuk penentuan abrasivitas batuan sedimen

dan batuan utuh yang tidak homogen, dengan distribusi butiran kasar, dapat

ditentukan dengan menggunakan sayatan tipis dan uji tarik tak langsung, yang

akan menghasilkan Faktor Abrasivitas Schimazek (FAS). Penentuan nilai dari

Faktor Abrasivitas Schimazek (FAS) dapa dihitung dengan menggunakan

persamaan sebagai berikut.

100

tdVFAS

........................................................................................... (2.10)

14

Keterangan : t = kuat tarik tak langsung (MPa)

d= ukuran butir rata-rata mineral keras (mm)

V= kandungan volume mineral keras relatif terhadap kuarsa menurut skala

kekerasan Rosival (% )

Nilai kuat tarik tak langsung didapatkan dari Uji Kuat Tarik tak langsung

(Brazilian Test). Sedangkan untuk mendapatkan ukuran butir rata-rata mineral keras

dan kandungan volume mineral keras relatif terhadap kuarsa diperlukan analisis

sayatan tipis seperti pada contoh Tabel 2.3 dan Tabel 2.4 dengan mengacu pada skala

kekerasan Rosival (Tabel 2.5).

Tabel 2.3

Contoh Hasil Pengamatan Distribusi Ukuran Butir dari Sayatan Tipis

Fraksi % volume % Kumulatif

Kerakal 1 1

Kerikil 3 4

Sangat kasar 18 22

Kasar 37 59

Sedang 35 93

Halus 6 99

Sangat halus 1 100

Tabel 2.4

Contoh Hasil Pengamatan Komposisi Mineral dari Sayatan Tipis Batu Gamping

Mineral

Pengamatan

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Rata rata Skala Rosival

Volume

% % % % % % % % % % %

a b c d e f g h i j k l m n

Kuarsa 65 75 60 60 70 60 75 65 75 55 66 1.0 66

Felspar 5 10 5 15 5 10 5 5 10 15 8.5 0.3 2.7

Silika keras 5 - 10 - 5 10 5 5 - - 4 0.3 1.2

15

Lempung 10 10 20 10 15 10 5 10 - 20 11 0.04 0.44

Karbonat 10 - - 5 - 5 5 - 5 - 3 0.03 0.09

Mat.Organik 5 - 5 5 - 5 - 5 5 10 4 0 0

Mat.Vulkanik - 5 - 5 5 - 5 10 5 - 3 0.5 1.5

TOTAL 71.9

Tabel 2.5

Skala Kekerasan Rosival

Mineral Skala

Talk 0,000

Gipsum 0,002

Kalsit 0,018

Kaolin 0,030

Karbonat 0,030

Kalsit 0,038

Apatit 0,040

Fluorit 0,042

Apatit 0,054

Limonite 0,190

Ortoklas 0,190

Silika keras 0,300

Orthoklas/Felspar 0,308

Material volkanik 0,500

Hematit 0,800

Kuarsa 1,000

Topaz 1,458

Korundum 8,333

Intan 1166

Dari hasil perhitungan di atas akan didapatkan nilai FAS yang memberikan

klasifikasi abrasivitas batuan. Tabel 2.6 menunjukkan klasifikasi abrasivitas batuan

berdasarkan FAS.

16

Tabel 2.6

Klasifikasi Abrasivitas Schimazek (FAS)

FAS (N/mm) Keterangan FAS (N/mm) Keterangan

< 0,01 Tidak abrasif 0,5 - 1,0 Abrasif

0,01 - 0,05 Sedikit abrasif 1,0 - 2,5 Sangat abrasif

0,05 - 0,1 Agak abrasif 2,5 - 4,0 Super abrasif

0,1 - 0,5 Cukup abrasif > 4,0 Ultra abrasif

2.2.3 Uji Sifat Dinamik

2.2.3.1 Uji Kecepatan Rambat Gelombang Ultrasonik

Uji kecepatan rambat gelombang ultrasonik bermaksud mengukur cepat

rambat gelombang ultrasonik pada contoh batu yang biasanya dilakukan sebelum uji

UCS. Dari hasil pengujian ini akan didapat cepat rambat gelombang primer (VLp)

dan cepat rambat gelombang sekunder (VLs). Pengujian ini mengikuti prosedur

Standar ISRM (1981). Prinsip pengukuran uji ultrasonik adalah mengukur waktu

tempuh yang dibutuhkan oleh gelombang untuk merambat di dalam benda uji. Pada

uji ini, waktu tempuh gelombang yang merambat melalui contoh batuan diukur

dengan menggunakan Portable Unit Non-destructive Digital Indicated Tester

(PUNDIT).

Dari data ini akan diperoleh juga sifat-sifat lainnya, seperti Modulus Elastik

dinamik. Keberhasilan suatu penggalian batuan banyak ditentukan juga oleh sifat-

sifat dinamiknya, karena perjalanan gelombang akibat benturan mata bor dan gigi-

gigi alat gali terhadap batuan merupakan gerakan dinamik.

Setiap batuan selalu memiliki rekahan awal. Tergantung dari proses

pematangannya di dalam, rekahan awal ini dapat saja bertambah. Menaiknya rekahan

awal (pre-existing cracks) akan menurunkan kecepatan ultrasonik

Kecepatan rambat gelombang ultrasonik dapat ditentukan dengan persamaan

berikut.

17

Tp

LVp

.................................................................................................... (2.11)

Keterangan:

Vp = cepat rambat gelombang primer (m/detik)

L = panjang contoh (m)

Tp = waktu rambat gelombang (detik)

Cepat rambat gelombang ultrasonik yang merambat di dalam batuan

dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu:

a. Ukuran Butir dan Bobot Isi

Ukuran butir berpengaruh dalam kecepatan perambatan gelombang di

dalam batuan. Semakin halus butiran batuan tersebut, maka semakin cepat

perambatan gelombang di dalamnya. Demikian sebaliknya, semakin kasar

butiran batuan maka semakin lambat perambatan gelombang di dalamnya.

Hal ini disebabkan oleh batuan yang berbutir kasar memiliki ruang kosang

yang lebih banyak dibandingkan batuan berbutir halus. Ruang kosong inilah

yang menyebabkan cepat rambat gelombang menurun karena tidak ada

media perambatannya.

Sama halnya dengan ukuran butir, batuan berbutir halus memiliki

bobot isi yang lebih padat (karena kepadatan antar butir yang tinggi dan

sedikitnya ruang kosong yang dimiliki batuan) dibandingkan dengan berbutir

kasar. Oleh karena itu, batuan yang memiliki bobot isi tinggi memiliki cepat

rambat gelombang yang tinggi.

b. Kandungan Air dan Porositas

Kandungan air dalam batuan yang cenderung berpori akan

merubah kecepatan rambat gelombang di dalam batuan tersebut, kecepatan

rambat gelombang akan bertambah besar karena terjadi peningkatan

derajat kejenuhan air. Hal ini terjadi karena kecepatan rambat gelombang

di dalam air jauh lebih besar dari di udara. Porositas merupakan hal yang

bertentangan dengan kandungan air. Batuan yang berporositas tinggi

18

memiliki kandungan air yang rendah, sehingga akan menurunkan cepat

rambat gelombang yang melaluinya, begitu pula sebaliknya.

c. Tingkat Tekanan

Kecepatan gelombang akan meningkat dengan meningkatnya tekanan.

Terjadi peningkatan yang cepat pada awal pemberian tekanan pada batuan

yang disebabkan oleh penurunan porositas, penutupan rekahan dan

peningkatan kontak mekanik diantara butiran.

d. Temperatur dan Kehadiran Bidang Lemah

Keberadaan bidang lemah pada batuan sebaliknya memperlambat

kecepatan rambat gelombang. Hal ini terjadi karena adanya celah (ruang

berisi udara) pada bidang lemah sehingga gelombang sulit merambat.

Temperatur juga mempengaruhi cepat rambat gelombang ultrasonik. Suhu

tinggi pada saat pengujian akan menurunkan cepat rambat gelombang yang

merambat melalui contoh batuan.

2.2.4 Uji Kemampugalian

Alat uji kemampugalian pada laboratorium yang telah dibuat didasarkan

pada percobaan yang telah dilakukan oleh Roxborough (1987) dan telah

mengalami berbagai modifikasi. Penelitian yang telah dilakukan Roxborough

(1987) didasarkan pada prinsip dasar penggalian batuan dengan menggunakan

salah satu bentuk gigi gali yang sama untuk semua jenis tipe batuan. Namun yang

membedakan adalah besarnya gaya dan energi dari gigi gali berbentuk pick yang

tergantung pada sifat dari batuan yang akan digali.

Pada prinsipnya pemberaian batuan dengan pick menimbulkan konsentrasi

tegangan pada batuan yang diakibatkan oleh translasi pick pada suatu kedalaman

tertentu. Tegangan ini akan menimbulkan penggerusan & deformasi elastik yang

akan melebihi kekuatan batuan, sehingga akan terjadi keruntuhan batuan.

Keruntuhan batuan akan menghasilkan pecahan (chip) & juga pelepasan gaya

19

pada gigi alat gali (Cook, 1968). Proses ini akan berulang dimulai dengan

peningkatan gaya saat gigi alat gali bergerak maju di sepanjang permukaan

batuan.

Selanjutnya Fowell (1988) telah melakukan penelitian mengenai rock

cutting dan membagi 4 (empat) tahapan proses rock cutting yaitu.

1. Pengeluaran pecahan awal

Rekahan utama menimbulkan fragmen pecahan besar dan terbentuk pada

sudut rendah di depan dan di samping gigi gali yang bergerak secara

curvilinear. Pada titik tersebut tahanan gerak gigi gali minimum sehingga

gayanya juga minimum.

2. Penggerusan batuan dan pembentukan pecahan kedua

Seketika pick maju, kedalaman penggalian efektif juga meningkat dan

seringnya pada kedalaman dangkal hanya terbentuk pecahan halus sebagai

hasil kompaksi dan penggerusan gigi gali. Pembentukan rekahan minor

atau pecahan kedua terjadi jika material tertekan.

3. Pembentukan alur akibat pecahan kedua

Seketika pick maju, pecahan material meningkat dan berlanjut ke

pembentukan pecahan berikutnya. Kecenderungan ini menghasilkan

permukaan batuan dan sisi luar pick yang relatif tajam terhadap muka gigi

gali. Proses akhir ini disebut profiling.

4. Pembentukan pecahan utama

Adanya tahanan akibat terbentuknya fragment halus didepan pick,

sebagian besar energi akan diteruskan ke batuan melalui fragment halus

tersebut. Ketika batas kritis gaya terlampaui, tegangan pada batuan

menyebabkan rekahan utama terpropagasi searah gaya hingga terbentuk

pecahan utama yang besar. Batas kritis gaya ini berhubungan dengan

fracture thoughness batuan.

Dalam prinsip rock cutting didefinisikan bahwa gaya potong adalah suatu

gaya-gaya ortogonal yang bekerja pada gigi gali saat memotong batuan. Selain

20

gaya potong juga terdapat parameter-parameter keterpotongan batuan lainnya

untuk memperkirakan efisiensi pemotongan dari gigi gali dan menyelidiki unjuk kerja

alat gali mekanis sehingga perlu didefinisikan parameter-parameter penting lainnya

yang dapat dilihat pada Gambar 2.2 dan Tabel 2.7. Parameter-parameter ini diperoleh

dari pengukuran baik secara langsung maupun tidak langsung selama proses

pemotongan.

Gambar 2.2

Tampak Depan dan Samping dari Parameter Uji Core Cuttability (Roxborough,1987)

Breakout angle adalah rata-rata kemiringan paritan yang diukur dari

normal ke sisi paritan yang terbentuk pada batuan. Sebagaimana variasi lebar

chip, maka begitu juga debris yang dihasilkan, oleh karenanya breakout angle

dapat memberikan indikasi yield pada pemotongan batuan. Sudut ini dapat dijaga

konstan pada batuan tertentu pada semua kedalaman penggalian (Roxborough &

Philips, 1975).

Berikut ini adalah koefisien pemotongan drag pick:

Koefisien pemotongan =

.................................................................. (2.12)

21

Mengacu pada Roxborough & Rispin (1973), gaya potong drag pick

biasanya lebih besar daripada gaya normal, oleh karenanya perbandingannya

kurang dari satu dan konstan pada semua kedalaman untuk batuan yang sama

Tabel 2.7

Parameter Keterpotongan Batuan ( Roxborough & Philips, 1975 )

Parameter Satuan Simbol Definisi

Gaya potong utama kN Fc

Rata-rata gaya yang bekerja pada

gigi gali searah dengan

pemotongan

Gaya potong puncak kN Fcp

Rata-rata gaya puncak yang

bekerja pada gigi gali searah

dengan pemotongan

Gaya normal utama kN FN

Rata-rata gaya yang bekerja pada

gigi gali tegak lurus dengan

pemotongan

Gaya normal puncak kN FNp

Rata-rata gaya puncak yang

bekerja pada gigi gali tegak lurus

dengan pemotongan

Gaya lateral utama kN FL Rata-rata gaya yang bekerja disisi

gigi gali pada saat pemotongan

Gaya lateral puncak kN FLp Rata-rata gaya yang bekerja disisi

gigi gali pada saat pemotongan

Yield m3 km-1 Q Volume batuan yang dapat

dihasilkan per satuan panjang.

Break out angle derajat teta

Sudut rata-rata yang diukur antara

normal dan sisi paritan pada saat

pemotongan

Energi spesifik MJ m -3 SE

Mengukur usaha yang bekerja

pada saat pemotongan per satuan

volume

22

Coarseness Index

(kekasaran butiran)

- CI

Mengukur distribusi ukuran pada

saat batuan terpotong.

Komponen gaya utama adalah gaya rata-rata yang bekerja saat proses

pemotongan dan diperoleh dari integral gaya dibagi terhadap total jarak. Salah

satu komponen dari gaya utama adalah gaya puncak utama yang sangat penting

dalam hal pemilihan gigi gali. Bila gaya puncak teralu tinggi dapat menyebabkan

kerusakan besar terhadap ujung gali yang terbuat dari tungsten carbride atau merusak

komponen mesin.

Selain komponen gaya utama, energi spesifik merupakan parameter penting

untuk mengukur efisiensi mekanis. Rendahnya energi spesifik mengindikasikan

rendahnya energi yang dibutuhkan untuk memotong batuan sehingga akan

meningkatkan efisiensi. Parameter ini cukup luas digunakan dalam penggalian

termasuk pengeboran. Dalam penjelasan Kramadibrata (2000) dikatakan bahwa

energi spesifik yang didapat dari pengujian diperoleh dengan cara menghitung

gaya potong rata-rata dan gaya normal rata-rata yang diperlukan oleh sebuah gigi

gali untuk memotong atau membuat parit sepanjang tertentu pada sebuah

percontoh batu berbentuk silinder. Gaya potong rata-rata memberikan petunjuk

tegangan transient gigi gali saat memotong. Sedangkan gaya normal rata-rata

menunjukan ukuran gaya yang harus dibangkitkan oleh sebuah mesin saat

mempertahankan kedalaman pemotongan.

Pada pemotongan linear (kedalaman konstan), kerja yang dilakukan oleh

gaya (FC) sepanjang (l) oleh drag pick adalah:

lFW ........................................................................................................ (2.13)

Sehingga energi spesifiknya adalah:

V

lFcSE

..................................................................................................... (2.14)

Dimana V adalah volume batuan yang terbongkar.

23

A. Karakteristik Drag Pick

Gigi gali yang digunakan dalam uji kemampugalian ini adalah drag pick.

Drag pick digunakan untuk mengali batuan lunak hingga sangat lunak. Dalam hal

ini adalah batuan yang memiliki UCS 1-50 MPa (Bieniawski, 1973) ataupun 1-30

MPa (Tamrock, 1988). Hal yang mempengaruhi besar gaya potong antara lain :

- Mineralogi, yang terdiri dari aspek abrasivitas batuan dan fracture

toughness.

- Struktur batuan, meliputi jarak antar kekar, bedding system dan arah serta

besarnya tegangan insitu.

- Konstruksi drag pick, meliputi geometri gigi gali serta kekerasan

permukaan yang kontak dengan batuan (tungsten carbide atau

polycrystalline diamond compacts).

Drag pick adalah alat potong batuan yang paling ekonomis, namun

demikian keuntungan ini akan turun secara signifikan dengan semakin

meningkatnya kekerasan atau abrasivitas batuan (Handewith & Dahmen, 1982).

Selain itu, drag pick adalah alat gali pada batuan yang paling efisien (Evans,

1974) karena memeliki dua bidang bebas untuk memecah dan menyebabkan

batuan pecah karena tarikan (Evans, 1962). Karena batuan lemah dalam tarikan,

energi yang dibutuhkan rendah. Drag pick juga memerlukan thrust force yang

rendah sehingga dapat mereduksi harga alat karena akan menyederhanakan desain

cutting boom dan akan mengurangi komponen tambahan seperti side-wall thrust

support grippers.

B. Pemodelan Pick Cutting Force dengan Evans Model Tipe Chisel Pick

Teori alternatif dalam rock cutting, didasarkan pada pengamatan keruntuhan

akibat baji pada batubara telah diajukan oleh Evans (1962) yang digambarkan

pada Gambar 2.3. Teori Evans telah dikembangkan untuk mempelajari coal

cutting dan telah diterapkan pada batubara yang mempunyai kuat tekan 4 80

MPa. Roxborough (1973) melakukan percobaan rock cutting di Universitas

Newcastle dan membuktikan bahwa teori Evans dapat juga diaplikasikan pada

24

chisel pick dan menganggap telah terjadi rekahan tarik pada material brittle seperti

batu gamping dan batu pasir seperti yang terjadi pada batubara.

Awalnya Evans dan Murrel (1957) menemukan bahwa selama penetrasi

pada batuan menggunakan baji yang berada pada posisi normal terhadap

permukaan, rekahan tarik akan berkembang dari ujung baji. Rekahan ini secara

umum berbentuk busur dan menuju bidang bebas. Berdasarkan pengamatan

tersebut dan menganggap tidak terjadi gesekan, maka gaya yang bekerja pada saat

deformasi adalah : (lihat Gambar 5.3)

Gaya yang bekerja normal terhadap sudut lancip baji, R.

Gaya resultan yang menyebabkan tearing sepanjang bidang lengkung, T.

Gaya kesetimbangan yang bekerja melalui titik puncak pada akhir rekahan, S.

Gambar 2.3

Model Evans Untuk Keruntuhan Tarik. (Evans & Pomeroy, 1966)

Berdasarkan pada analisis gaya-gaya tersebut, Evans (1962) menyatakan

bahwa gaya potong per satuan lebar adalah :

sin1

sin2

dtFc .......................................................................... (2.15)

C

B

A

R

S

d

r

Fc

PI CKT

25

Keterangan :

Fc = gaya potong pada baji pada saat terjadi keruntuhan

t = kuat tarik uniaksial batuan

d = kedalaman pemotongan

= ( = sudut baji)

Roxborough menunjukkan bahwa persamaan diatas dapat digunakan

dengan memasukkan hitungan lebar cut (w) dan menganggap jarak penetrasi oleh

baji pada saat terjadinya keruntuhan adalah kecil dibandingkan dengan kedalaman

pemotongan :

)2

(2

1sin1

)2

(2

1sin2

dwt

Fc ................................................... (2.16)

Keterangan :

Fc = gaya potong pada baji pada saat terjadi keruntuhan

t = kuat tarik uniaksial batuan

w = lebar hasil pemotongan

d = kedalaman pemotongan

= rake angle

Jenis proses pemotongan yang dilakukan oleh bucket wheel excavator

(BWE) dapat bervariasi mulai dari pemotongan material plastik sampai material

brittle. Untuk formasi batuan lunak seperti lempung dan lignite, gigi gali pada

bucket berguna untuk memperdalam penembusan secara bertahap oleh tarikan dan

geseran. Gambar 2.4 menunjukan formasi keping untuk material dengan kekuatan

menengah sampai tinggi ketika dipotong oleh pick bucket yang terjadi karena

pengaruh tegangan tarik tak langsung pada material.

26

Persamaan 2.15 menunjukkan bahwa untuk gigi potong tunggal, gaya

potong akan sama dengan tegangan tarik material bersangkutan. Pemotongan

material oleh sudut gigi bucket lebih komplek seperti terlihat pada Gambar 2.4

karena bucket memotong permukaan batuan membentuk paritan, sebagai hasil

dari gerak putaran buket.

Gambar 2.4

Formasi Keping Pada Buket Berdasarkan Runtuhan Tarik Model Evans

(modifikasi ORegan dkk., 1986)

C. Variabel Pick Cutter

Dalam rock cutting kinerja pick tergantung pada ukuran, bentuk, dan

kondisi operasi. Variabel utama penggalian batuan dengan drag pick adalah:

a. Variabel pick : front rake angle (), back clearance angle () dan lebar

gigi gali (w).

b. Variabel operasi: kedalaman pemotongan (d), dan kecepatan pemotongan

(n).

Variabel tambahan meliputi skew angle (yaitu sudut perpotongan antara

sumbu gigi gali dan arah pemotongan yang diproyeksikan pada bidang batuan),

27

material pick, spasi pick dan kedalaman pemotongan. Beberapa variabel ini cukup

aplikatif dalam pemotongan batuan dengan chisel pick daripada point pick.

(i). Pengaruh front rake angle

Penelitian yang dilakukan oleh Philips (1975) terhadap pengaruh front

rake angle dalam kinerja pemotongan di Magnesian Limestone

menunjukkan bahwa gaya potong dan gaya normal serta energi spesifik

akan meningkat jika rake angle meningkat (lihat Gambar 2.5). Hasil yang

sama juga diperoleh ODoghherty (19620, Gray dan Gatlin (1961), Evans

dan Pomeroy (1966) dan juga Mellor (1977) yang menggunakan back

clearance angle lebih dari 50.

Penelitian-penelitian tersebut secara umum menyimpulkan bahwa

rake angle yang optimum adalah 20o, walaupun untuk pemotongan yang

efisien rake angle harus sebesar mungkin (Philips, 1975). Rake angle

optimum merupakan sudut yang disesuaikan antara keuntungan marginal

dengan akibat yang ditimbulkan oleh peningkatan sudut pada kekuatan fisik

gigi gali. Yield tidak tergantung pada rake angle sedangkan indeks

kekasaran akan meningkat sejalan dengan rake angle.

28

Gambar 2.5

Pengaruh Front Rake Angle pada Beberapa Parameter Kinerja Gigi Gali di

Magnesian Limestone (Philips, 1975)

(ii). Pengaruh back clearance angle

ODogherty (1962) dan Evans dan Pomeroy (1966) menemukan bahwa

gaya potong dan gaya normal akan menurun dengan naiknya clearance angle

dari nol menuju 5o (lihat Gambar 2.6).

Clearance angle yang optimum adalah 5o 6o. Sudut yang lebih kecil

akan cenderung meningkatkan gesekan antara gigi gali dan batuan yang

mengakibatkan keausan karena timbulnya panas. Peningkatan clearance

diatas batas tersebut tidak bermanfaat dan akan melemahkan gigi gali.

29

Gambar 2.6

Back Clearance Angle Pada Gaya Potong dan Gaya Normal Untuk Rake

Angle Yang Berbeda (ODogherty, 1962)

(iii). Pengaruh angle of attack

Penelitian telah dilakukan oleh Hurt dan Evans (1980) dan

disimpulkan bahwa kenaikan attack angle akan cenderung meningkatkan

gaya potong (lihat Gambar 2.7). Attack angle yang optimum adalah

merupakan fungsi dari front rake angle, back clearance angle dan

kekuatan gigi gali.

Gambar 2.7

Pengaruh Angle of Attack Pada Gaya Potong Dengan Sudut Skew Nol

(Hurt dan Evans, 1980)

30

(iv). Pengaruh sudut skew

Penelitian telah dilakukan oleh Hurt dan Evans (1980) dan

disimpulkan bahwa untuk sudut skew kurang dari 30o, tidak ada pengaruh

yang berarti terhadap gaya potong walaupun kenaikan terjadi untuk sudut

skew sekitar 18o (lihat Gambar 2.8). Demikian juga hasil penelitian

Roxborough dan Philips (1982) yang menunjukkan bahwa kenaikan sudut

tidak mempengaruhi parameter kinerja pemotongan kecuali untuk gaya

lateral yang semakin meningkat dengan semakin menigkatnya sudut skew,

dimana efek ini terjadi sesuai dengan peningkatan kedalaman pemotongan.

Gambar 2.8

Pengaruh Sudut Skew Pada Gaya Potong Untuk Attack Angle 45o (Hurt dan

Evans, 1980)

(v). Pengaruh kedalaman pemotongan

Sebagian besar hasil penelitian menunjukkan bahwa hubungan

antara gaya (mean forces dan mean peak forces) dengan kedalaman adalah

linear (Davies, 1958; Burney, 1958; Evans & Pomeroy, 1966; Roxborough

& Rispin, 1973; Philips, 1975).

31

Gambar 2.9

Pengaruh Kedalaman Pemotongan pada Beberapa Parameter Kinerja

Pemotongan di Magnesian Limestone (Philips, 1975)

(vi). Pengaruh kecepatan pemotongan

Beberapa penelitian menyebutkan bahwa perubahan kecepatan

pemotongan tidak mempengaruhi gaya potong maupun energi spesifik

(Davies, 1958; ODogherty & Burney, 1963; Barker, 1964; Evans &

Pomeroy, 1966). Pada penelitian mengenai kemampupotongan pada drag

pick (Sufrie, 2009) dikatakan bahwa perubahan kecepatan pemotongan

sampai 5 m/s merupakan batas atas kecepatan pemotongan konvensional

sehingga tidak mempengaruhi gaya potong maupun energi spesifik.

32

(vii). Pengaruh spasi

Penelitian yang dilakukan oleh Roxborough dan Rispin (1973)

menghubungkan pengaruh rasio spasi atau kedalaman pemotongan terhadap

energi spesifik. Hasilnya menunjukkan adanya relief U pada grafik yang

dibentuk, yang menunjukkan adanya penurunan energi spesifik ketika spasi

meningkat, yang kemudian pada saat rasio optimum akan terjadi kenaikan

kembali energi spesifik. Rasio optimum yang digunakan adalah ketika

energi spesifik relatif konstan, untuk pick pada umumnya antara 2 2,5

(tergantung pada kekuatan batuan).

33

BAB III

METODE PENGUJIAN

Pengujian pada penelitian ini seluruhnya dilakukan di Laboratorium

Geomekanika Departemen Teknik Pertambangan ITB. Pengujian yang dilakukan

meliputi pembuatan dan preparasi contoh gipsum uji, uji sifat fisik, uji sifat

mekanik dan dinamik yang meliputi : uji kuat tekan uniaksial (UCS), uji kuat tarik

tak langsung (Brazilian Test), uji geser langsung (Direct Shear Test), uji

ultrasonik, uji abrasivitas batuan dan uji kemampugalian yang menggunakan

contoh gipsum dengan perbandingan 1:1.

3.1 Persiapan Contoh Gipsum

3.1.1 Pembuatan Contoh Gipsum

Pada penelitian ini contoh material yang digunakan untuk uji

kemampugalian adalah gipsum dengan perbandingan berat gipsum terhadap berat

air 1:1. Pembuatan dan pencetakan contoh gipsum dilakukan di Laboratorium

Geomekanika Departemen Teknik Pertambangan-ITB. Contoh gipsum yang

dibuat sebanyak 4 buah dengan ukuran masing-masing contoh 60 cm x 20 cm x

25 cm. Contoh gipsum uji dibuat pada tanggal 2 Juli 2013.

Contoh gipsum uji dibuat dengan cara memasukkan gipsum dengan

campuran air ke dalam cetakan kayu, lalu dibiarkan mengering dalam waktu

sekitar 20 menit. Selain contoh gipsum untuk pengujian kemampugalian juga

dibuat contoh gipsum uji yang berbentuk silinder dengan ukuran tertentu untuk

pengujian sifat fisik, mekanik dan dinamik.

3.1.2 Preparasi Contoh Gipsum

Sebelum melakukan pengujian, baik uji sifat mekanik, uji sifat dinamik

dan uji kemampugalian, terlebih dahulu contoh gipsum uji dilakukan preparasi.

Preparasi untuk pengujian sifat mekanik dan dinamik pada contoh gipsum uji

berbentuk silinder yaitu permukaan contoh gipsum uji harus dipastikan halus dan

rata, hal ini dilakukan agar tegangan yang diberikan pada pengujian kuat tekan

34

misalnya, penekanan dapat tersebar merata pada contoh gipsum uji. Cara

penghalusan dan pemerataan yang dilakukan adalah secara manual yaitu

menggunakan amplas. Untuk memeriksa apakah contoh gipsum uji sudah rata

adalah dengan alat uji squareness yang memiliki ketelitian 0,01 mm.

Sama hal nya dengan pengujian-pengujian lain, pada pengujian

kemampugalian pun perlu dilakukan preparasi. Contoh gipsum uji berbentuk

balok harus diratakan pada bagian bidang kontak contoh dengan alat uji.

Gambar 3.1 Contoh Gipsum Uji Ukuran 60 cm x 20 cm x 25 cm

3.2 Uji Sifat Fisik

Pengujian sifat fisik bertujuan untuk mendapatkan sifat-sifat fisik batuan

seperti bobot isi asli (natural density), bobot isi kering (dry density), bobot isi

jenuh (saturated density), kandungan air asli (natural water content), derajat

kejenuhan (degree of saturation), porositas (porosity) dan angka pori (void ratio).

3.2.1 Peralatan Pengujian Sifat Fisik

Berikut ini adalah peralatan-peralatan yang digunakan dalam pengujian

sifat fisik contoh batu gipsum uji ini diantaranya pada gambar berikut:

60 cm

25 cm

cm0c

mcm

20 cm

35

(1) (2) (3)

Gambar 3.2 Peralatan Pengujian Sifat Fisik

(1) Neraca, (2) Desikator dengan pompa hisap, (3) Oven

3.2.2 Prosedur pengujian

Untuk melakukan pengujian sifat fisik contoh gipsum uji, berikut adalah

prosedur yang dilakukan, yaitu :

1. Menimbang contoh gipsum natural (Wn).

2. Menjenuhkan contoh gipsum menggunakan desikator dengan pompa

hisap selama 24 jam.

3. Menimbang contoh gipsum jenuh (Ww) setelah di jenuhkan.

4. Menimbang contoh gipsum jenuh tergantung dalam air (Ws) setelah di

jenuhkan.

5. Mengeringkan contoh gipsum di dalam oven selama 24 jam pada suhu

90C.

6. Menimbang contoh gipsum kering (Wo).

Dari pengujian sifat fisik di laboratorium maka diperoleh hasil sebagai berikut:

Bobot isi asli (natural density) =

Bobot isi kering (dry density) =

36

Bobot isi jenuh (saturated density) =

Kadar air asli (natural water content) =

x 100%

Kadar air jenuh (saturated water content) =

x 100%

Derajat kejenuhan =

x 100%

Porositas (n) =

x 100%

Angka pori (e) =

1

3.3 Uji Ultrasonik

Uji rambat gelombang atau ultrasonik dilakukan untuk mendapatkan cepat

rambat gelombang ultrasonik primer (vp) dan sekunder (vs) contoh gipsum.

Pengujian ini dilakukan sebelum pengujian kuat tekan uniaksial ataupun triaksial.

Cepat rambat gelombang ultrasonik menunjukkan kerapatan pori dan kehadiran

bidang lemah. Pengujian ini menggunakan alat uji bernama Portable Unit Non-

destructive Digital Indicated Tester (PUNDIT) (Gambar 3.3) dengan satuan

mikrodetik (s).

3.3.1 Peralatan Pengujian


ultrasonik pada batu gipsum uji ini diantaranya.

1. Satu set PUNDIT Controls 58-E0046 (Gambar 3.3)

2.Gemuk (grease)

37

Gambar 3.3 Peralatan Pengujian Ultrasonik

(PUNDIT)

3.3.2 Prosedur Pengujian

Untuk melakukan pengujian ultrasonik contoh gipsum uji, berikut adalah


1. Mempersiapkan alat PUNDIT dengan memasang sumber arus, pelat

transmitter, pelat receiver, serta kabel penghantar masing-masing pelat.

2. Melakukan kalibrasi alat dengan menggunakan silinder standar yang telah

diketahui waktu perambatannya. Kedua ujung bidang kontak silinder

maupun pada bidang kontak pelat dilumasi dengan gemuk.

3. Menghidupkan PUNDIT dan melakukan penyesuaian waktu perambatan

yang tertera pada layar, dengan cepat rambat silinder pengkalibrasi.

4. Melumasi gemuk pada kedua ujung bidang kontak contoh gipsum,

kemudian diletakan diantara transduser.

5. Menghidupkan PUNDIT dan mencatat waktu perambatan gelombang

primer pada layar. Pengujian dilakukan sebanyak tiga kali.

3.4 Uji Kuat Tekan Batuan

Uji kuat tekan batuan atau Unconfined Compressive Strength (UCS)

dilakukan untuk menentukan nilai Kuat Tekan Uniaksial (c) dari gipsum contoh.

Selain nilai kuat tekan uniaksial, pengujian ini juga akan menghasilkan nilai

38

Modulus Young (E) dan Nisbah Poisson (). Ketiga nilai tersebut berasal dari data

yang diperoleh dari uji ini yaitu gaya tekan, deformasi aksial dan deformasi lateral

contoh gipsum sampai contoh gipsum tersebut failure.



kuat tekan batuan pada contoh gipsum uji ini diantaranya.

1. Uniaxial Test (Gambar 3.4)

2. Dial gauge manual untuk perhitungan displacement axial dan lateral

3. Pompa hidrolik

Gambar 3.4 Uniaxial Test


Untuk melakukan pengujian kuat tekan uniaksial contoh gipsum uji,

berikut adalah prosedur yang dilakukan, yaitu :

1. Melakukan preparasi contoh gipsum uji. Syarat wajib yang harus dipenuhi

yaitu contoh gipsum harus berbentuk silinder dengan ukuran L/D = 2.

39

Gambar 3.5 Contoh Gipsum Uji pada sampel UCS

2. Melakukan persiapan alat uji kuat tekan uniaksial dan meletakkan contoh

gipsum uji di pusat antara plat atas dan plat bawah alat uji.

3. Memasang 3 (tiga) buah dial gauge pada alat uji yaitu untuk pengukuran

deformasi axial, lateral 1 dan 2. Atur jarum penunjuk pada ketiga dial

gauge pada posisi nol.

4. Menghidupkan pompa dan mulai lakukan pembacaan gaya setiap interval

1 kN hingga terjadi failure dan catat proses pembebanan deformasi aksial

dan lateralnya.

3.5 Uji Kuat Tarik Batuan

Uji kuat tarik batuan pada percobaan ini dilakukan dengan metode uji tarik

tak langsung atau Brazilian Test. Uji ini dilakukan untuk mengetahui kuat tarik

(tensile strength) dari contoh gipsum uji.


Peralatan uji yang digunakan pada pengujian kuat tarik tak langsung ini

sama dengan uji yang digunakan pada pengujian kuat tekan uniaksial (Gambar

3.4). Perbedaan pengujian ini dengan pengujian kuat tekan batuan adalah pada

ukuran contoh batuan dan bidang kontak antara plat besi alat uji tersebut. Dapat

dilihat pada gambar berikut.

40

Gambar 3.6 Pengujian Kuat Tarik Tak Langsung


Untuk melakukan pengujian kuat tarik tak langsung dari contoh gipsum

uji, berikut adalah prosedur yang dilakukan, yaitu :

1. Melakukan preparasi contoh gipsum uji. Syarat wajib yang harus dipenuhi

yaitu contoh gipsum harus berbentuk silinder dengan ukuran L/D = 0,5

2. Meletakkan contoh gipsum uji secara diametrikal pada plat alat uji

3. Memasang 1 (satu) buah dial gauge pada alat uji yaitu untuk pengukuran

deformasi axial. Atur jarum penunjuk pada dial gauge pada posisi nol.

4. Menghidupkan pompa dan mulai lakukan pembacaan gaya setiap interval

0,25 kN hingga terjadi failure dan catat proses pembebanan deformasi

aksial.

3.6 Uji Geser Langsung

Uji geser langsung pada penelitian ini digunakan untuk mengetahui kuat

geser batuan, harga kohesi dan sudut geser dalam baik pada keadaan puncak

maupun residual dari contoh gipsum uji pada tegangan normal tertentu.

41


Berikut ini adalah peralatan-peralatan yang digunakan dalam pengujian uji

geser langsung batuan pada contoh gipsum uji ini diantaranya.

1. Satu set contoh gipsum uji yang terdiri dari 3 (tiga) buah contoh gipsum

yang dicetak pada semen sehingga menjadi satu kesatuan.

Gambar 3.7

Contoh Gipsum Uji pada Uji Geser Langsung

2. Direct shear box apparatur test

Gambar 3.8

Peralatan Pengujian Direct Shear Box Apparatur Test

3. Dial gauge (lateral)


Untuk melakukan uji geser langsung dari contoh gipsum uji, berikut

adalah prosedur yang dilakukan, yaitu :

42

1. Contoh batuan diletakkan dalam cetakan beton sehingga menjadi satu

kesatuan dengan beton tersebut

2. Letakkan contoh batuan dalam cetakan beton ke alat shear box

3. Pasang dial gauge untuk ukur perpindahan arah pergeseran

4. Amati pergeseran per 0,5 mm 1 mm. Lakukan tegangan geser mencapai

puncak (kondisi peak)

5. Gaya normal diberikan pada pompa hidrolik , gaya geser diberikan pada

pompa hidrolik hingga bergeser, dan jaga kestabilan gaya normal

6. Setelah contoh patah, berikan gaya berlawanan arah sampai tegangan

gesernya mencapai puncak (kondisi residual)

7. Amati pergeseran per 0,5 mm 1 mm sampai pergeseran mencapai harga

nol

3.7 Uji Cerchar

Uji Cerchar dilakukan untuk mengetahui abrasivitas suatu batuan dengan

ukuran butiran halus sampai sedang (skala Wentworth) yang akan menghasilkan

Cerchar Abrazivitas Indeks (CAI) yang dapat dilihat pada Tabel 2.2.


Berikut ini adalah peralatan-peralatan yang digunakan dalam uji Cerchar

pada contoh gipsum uji, yaitu.

1. Batang besi-baja berdiameter 1 cm, dengan panjang 10 cm, mempunyai

kuat tarik kurang lebih 200 kg/mm, salah satu ujungnya dibentuk runcing

dengan sudut 90 kemudian diperkeras (case hardening) hingga memiliki

kekerasan Rockwell 54 sampai 56 (Gambar 3.10).

2. Ragum penjepit contoh batuan dengan beban 7 kg (Gambar 3.9). Ragum

ini dilengkapi dengan tuas penarik untuk menggoreskan batang besi baja

di atas contoh batuan sepanjang 10 mm.

3. Mikroskop atau kaca pembesar yang dilengkapi garis skala dengan

ketelitian minimum 0,01 mm.

43

Gambar 3.9 Uji Chercar

3.7.2 Prosedur Percobaan

Untuk melakukan uji cerchar dari contoh gipsum uji, berikut adalah


1. Siapkan contoh batuan dengan permukaan rata yang hendak digores

dengan diameter minimum 5 cm dan tebal setengah diameter. Untuk

batuan lunak, kandungan air alamiah harus dipertahankan sampai

pengujian dilakukan.

Gambar 3.10

Contoh Gipsum dan Batang Besi Baja

2. Jepit contoh batuan pada ragum dengan baik.

44

3. Masukkan batang besi baja ke lubang penjepit, kencangkan baut penjepit,

kemudian sentuhkan ujung batang besi baja pada permukaan contoh

batuan.

4. Tarik tuas penarik agar batang besi baja menggores permukaan contoh

batuan sepanjang 10 mm.

5. Angkat batang besi baja setelah melakukan penggoresan dan letakkan

pada suatu posisi agar tidak tergoreskan kembali.

6. Keluarkan batang besi baja dari lubang penjepit kemudian amati dengan

mikroskop atau kaca pembesar dan ukur lebar batang besi baja yang

tergores W, (Gambar 3.11).

7. Hitung lebar rata-rata ujung batang besi baja yang tergores (W) dengan

satuan 0,1 mm yang merupakan CAI (Tabel 2.2).

Gambar 3.11

Lebar Ujung Batang Besi Baja yang Sudah Digoreskan

3.8 Uji Kemampugalian

3.8.1 Alat Uji Kemampugalian

Sebelum melakukan uji kemampugalian, terlebih dahulu dilakukan

perancangan alat kemampugalian. Alat kemampugalian yang dibuat di

laboratorium dirancang oleh Kramadibrata (2013) sebagai modifikasi dari alat uji

kemampupotongan yang sebelumnya sudah terdapat di laboratorium yang juga

mengacu pada alat uji keterpotongan Roxborough (1987).

45

Gambar 3.12 Rancangan Alat Uji Kemampugalian

Alat uji kemampugalian pada penelitian ini pada dasarnya memiliki

beberapa komponen yaitu komponen utama dan komponen tambahan. Berikut

akan di jelaskan mengenai kedua komponen tersebut.

1. Komponen utama

Komponen utama yang digunakan dalam uji kemampugalian yaitu

gigi gali dengan jenis drag pick dan rangka besi.

Drag pick digunakan untuk melakukan uji kemampugalian suatu material

dengan komposisi tertentu yang nantinya akan menghasilkan gaya potong

yang merupakan salah satu parameter penting dalam penentuan

penggunaan peralatan penggalian. Peralatan penggalian yang

menggunakan jenis drag pick sebagai gigi gali diantaranya adalah

roadheader, bucket wheel excavator, surface miner maupun excavator

yang umumnya digunakan pada sistem mekanis.

Drag pick pada penelitian ini terbuat dari campuran besi baja dengan

bentuk hampir menyerupai prisma segitiga. Ukuran panjang dan lebar

drag pick masing-masing adalah 13,5 cm dan 5,5 cm dengan besar sudut

baji ( ) yaitu 35.

46

Rangka besi pada penelitian ini digunakan sebagai tempat diletakannya

drag pick serta menjadi tempat pengujian contoh material. Rangka besi

yang dibuat berbentuk balok dengan ukuran panjang, lebar dan tinggi

masing-masing adalah 60 cm, 30 cm dan 60 cm. Rangka besi yang di buat

telah disesuaikan untuk uji kemampugalian pada penelitian ini dengan

variasi kedalaman penggalian 5 cm, 10 cm, 15 cm dan 20 cm. Pada rangka

besi juga di pasang komponen alat tambahan yaitu satu buah piston

hidrolik.

2. Komponen tambahan

Selain komponen utama, alat uji kemampugalian juga memiliki

komponen-komponen tambahan seperti pompa elektrik dan piston

hidrolik.

Pompa elektrik digunakan sebagai penghasil gaya yang selanjutnya

digunakan untuk menggerakan sebuah piston hidrolik. Pompa

elektrik terlebih dahulu dihubungkan melalui dua buah selang.

Pompa ini juga memiliki 2 (dua) tungkai yang selanjutnya akan

mempengaruhi cara kerja pompa ini yaitu jika salah satu tungkai

ini di dorong makan akan pompa ini akan memompa udara beserta

oli hingga tekanan tertentu yang nantinya akan menggerakan

piston. Dalam alat ini juga terdapat display indicator untuk melihat

tekanan puncak saat gigi gali menggali contoh gipsum.

Piston hidrolik pada alat uji kemampugalian ini berfungsi untuk

menggerakan lengan drag pick serta drag pick. Pergerakan piston

disebabkan oleh tekanan yang diberikan pompa yaitu piston akan

bergerak maju bila tungkai pada pompa di dorong, sebaliknya

piston beserta drag pick akan bergerak mundur jika tungkai pompa

ditarik.

47

(1) (2)

Gambar 3.13 Peralatan Uji Kemampugalian

(1) Pompa Elektrik, (2) Display Indikator Tekanan

Gambar 3.14 Pengujian Kemampugalian

3.8.2 Prosedur Uji Kemampugalian

Untuk melakukan uji kemampugalian dari contoh gipsum uji, berikut

adalah prosedur yang dilakukan, yaitu :

1. Mempersiapkan contoh gipsum dengan ukuran 60 cm x 20 cm x 40 cm

sebanyak 4 (empat) buah.

2. Mempersiapkan alat uji kemampugalian berserta komponen tambahannya.

48

3. Mengukur dan mencatat besar sudut rake angle ( ) dan sudut baji ()

setiap pengujian dengan berbagai variasi kedalaman sebelum pengujian

dilakukan.

4. Melakukan uji kemampugalian pada contoh gipsum uji dengan variasi

kedalaman penggalian 5 cm, 10 cm, 15 cm dan 20 cm.

5. Mencatat nilai tekanan pompa yang tertera pada display indicator pompa

elektrik.

6. Mengukur volume hancuran contoh gipsum yang dihasilkan dan

mengamati model rekahan yang terjadi pada saat terjadi failure.

49

BAB IV

PENGOLAHAN DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Uji Sifat Fisik

Dalam penelitian ini sifat fisik yang diuji adalah bobot isi (natural, kering,

jenuh), kadar air (asli, jenuh), derajat kejenuhan, porositas, dan void ratio. Hasil

dari pengujian sifat fisik pada contoh gipsum uji dapat dilihat Tabel 4.1 sebagai

berikut.

Tabel 4.1

Hasil Uji Sifat Fisik

No. Kode

Sampel

n (gr/cm3)

d (gr/cm3)

s (gr/cm3)

w

(%)

S

(%)

n

(%) e

1 SF 1 1,22 0,65 1,37 86,59 79,83 71,04 2,45

2 SF 2 1,21 0,62 1,35 96,08 80,88 73,14 2,72

3 SF 3 1,19 0,63 1,35 90,18 78,60 71,90 2,56

Rata-rata 1,21 0,63 1,35 90,95 79,77 72,03 2,58

Keterangan :

n = Bobot isi alamiah

d = Bobot isi kering

s = Bobot isi jenuh

w = Kandungan air alamiah

S = Derajat kejenuhan

n = Porositas

e = Angka pori

4.2 Uji Ultrasonik

Pada pengujian kecepatan rambat gelombang ultrasonik akan dihasilkan

gambaran mengenai kondisi fisik contoh gipsum, kondisi ruang kosong, dan

rekahan yang terdapat pada contoh batuan. Hasil dari pengujian cepat rambat

50

gelombang ultrasonik pada contoh gipsum dapat dilihat pada Tabel 4.2 sebagai

berikut.

Tabel 4.2

Hasil Uji Cepat Rambat Gelombang Ultrasonik

No. Kode

Sampel

Kecepatan rambat gelombang

(s) Rata-

rata

(s)

L (mm) Vp (m/s)

1 2 3

1 UCS 1 65,50 65,20 65,80 65,50 108,47 1655,98

2 UCS 2 66,20 66,70 66,80 66,57 109,43 1643,97

3 UCS 3 68,30 69,00 68,10 68,47 110,23 1610,03

Rata-rata 66,84 109,38 1636,66

Keterangan :

Vp : Cepat rambat gelombang ultrasonik (m/s)

Dari Tabel 4.2 dapat dilihat bahwa cepat rambat gelombang ultrasonik

gipsum memiliki nilai sebesar 1636,66 m/s. Nilai ini relatif lebih kecil bila

dibandingkan dengan beberapa jenis batuan lain seperti batupasir, batulempung

maupun batu gamping. Hal ini menunjukkan terdapatnya banyak ruang kosong

pada contoh gipsum sehingga gelombang ultrasonik tidak cepat untuk

dirambatkan. Semakin banyak ruang kosong pada contoh gipsum uji ini

menandakan bahwa proses pencampuran dan proses pengisian gipsum kurang

tersebar merata karena gelombang ultrasonik akan lebih cepat merambat pada

material padat yang homogen.

4.3 Uji Kuat Tekan Uniaksial

Pengujian tekan uniaksial dalam penelitian ini dimaksudkan untuk

mengetahui nilai kuat tekan gipsum (c) dan beberapa parameter lainnya seperti

Modulus Young (E) dan Poisson Ratio (). Hasil dari pengujian kuat tekan

uniaksial pada contoh gipsum uji dapat dilihat pada Gambar 4.1, sedangkan hasil

selengkapnya dapat dilihat pada Tabel 4.3.

51

Gambar 4.1 Hasil Pengujian Kuat Tekan Uniaksial Contoh Gipsum

Tabel 4.3

Hasil Pengujian Kuat Tekan Uniaksial

No Kode

sampel

c

(MPa) E (Mpa)

1 UCS 1 2,52 355,84 0,27

2 UCS 2 2,88 656,48 0,25

3 UCS 3 2,37 414,68 0,28

Rata-rata 2,59 475,67 0,27

Keterangan :

c : Kuat tekan uniaksial (MPa)

E : Modulus Young (GPa)

: Nisbah Poisson

Dari Tabel 4.3 dapat dilihat bahwa contoh gipsum memili

draft ta - dian pithalokad

Documents